用于其電動機不可用時的混合動力車輛的控制策略的制作方法
【專利摘要】本公開涉及用于其電動機不可用時的混合動力車輛的控制策略，提供一種用于控制混合動力電動車輛中的發(fā)動機的方法。根據(jù)本公開，所述方法包括：響應于驅(qū)動電動機不可用，命令發(fā)動機功率等于第一功率和第二功率中較小的一個。第一功率足以滿足當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的駕駛員車輪扭矩請求，第二功率與在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可用的最大發(fā)動機扭矩相對應，其中，選擇目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速以獲得期望的電池荷電狀態(tài)。
【專利說明】用于其電動機不可用時的混合動力車輛的控制策略

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種用于其驅(qū)動電動機不可用時的混合動力電動車輛的控制策略。

【背景技術(shù)】
[0002]混合動力電動車輛通常包括具有兩個動力源的動力傳動系,所述動力傳動系可建立通往車輛牽引車輪的第一動力流動路徑和第二動力流動路徑。第一動力源是具有行星齒輪組的內(nèi)燃發(fā)動機，以通過單獨的動力流動路徑將動力分配至發(fā)電機系統(tǒng)和車輛牽引車輪。第二動力源是包括分別主要用作發(fā)電機和驅(qū)動電動機的第一電機和第二電機的電力驅(qū)動系統(tǒng)。第二動力源還包括電池。電池用作發(fā)電機和電動機的能量儲存介質(zhì)。
[0003]當動力傳動系利用第一動力源操作時，通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速將發(fā)動機動力在兩個動力流動路徑之間分配。按照這種方式，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以與車輪轉(zhuǎn)速不相干(decouple)，使得車輛速度不依賴于發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變而改變。當動力傳動系利用第二動力源操作時，電動機通過傳動系驅(qū)動通往車輛牽弓I車輪的扭矩輸出軸。
[0004]對于控制總的車輪扭矩和電功耗來說，兩個電機中的驅(qū)動電動機是最關(guān)鍵的。因此，如果驅(qū)動電動機不可用，則動力傳動系性能會受到嚴重地限制。在這種情況下，已知的混合動力車輛將停用驅(qū)動模式或者將進入限制操作策略(“緩慢行進(ere印)”)模式。任何一種方法都不能令客戶滿意。因此，希望開發(fā)一種能夠在驅(qū)動電動機不可用時使混合動力車輛以比在緩慢行進模式下允許的速度大的速度來驅(qū)動的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種用于控制混合動力電動車輛中的發(fā)動機的方法包括:響應于驅(qū)動電動機不可用，命令發(fā)動機功率等于第一功率和第二功率中較小的功率。第一功率足以滿足當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的駕駛員車輪扭矩請求，第二功率與在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可用的最大發(fā)動機扭矩相對應，其中，選擇目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速以獲得期望的電池荷電狀態(tài)。
[0006]在所述方法的一個實施例中，第一功率是發(fā)動機扭矩請求與當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速的乘積，其中，發(fā)動機扭矩請求等于駕駛員車輪扭矩請求與齒輪比的乘積。在另一實施例中，用于獲得期望的電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速是所計算的中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速與用于充電或放電的預定的標量抵消值的總和。在又一實施例中，第二功率等于當前牽引車輪轉(zhuǎn)速與最大的車輪扭矩的乘積再加上用于對電池充電或放電的電池使用功率量，最大的車輪扭矩與最大的發(fā)動機扭矩相對應。在一些這樣的實施例中，從查找表中獲得所述電池使用功率量。在其它這樣的實施例中，所述電池使用功率量被削減為小于電池充電極限。
[0007]一種混合動力電動車輛包括發(fā)動機、電池、驅(qū)動電動機和控制器。所述控制器被構(gòu)造為:響應于驅(qū)動電動機不可用，控制發(fā)動機產(chǎn)生等于第一功率和第二功率中較小的一個的發(fā)動機功率。第一功率足以滿足當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的駕駛員車輪扭矩請求，第二功率與在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可用的最大發(fā)動機扭矩相對應，其中，選擇目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速以獲得期望的電池荷電狀態(tài)。或者，第二功率與在用于獲得期望的電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可用的最大發(fā)動機扭矩相對應。
[0008]在車輛的一個實施例中，第一功率是發(fā)動機扭矩請求與當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速的乘積，其中，發(fā)動機扭矩請求等于駕駛員車輪扭矩請求與齒輪比的乘積。在另一實施例中，用于獲得期望的電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速是計算的中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速與用于充電或放電的預定的標量抵消值的總和。在又一實施例中，第二功率等于當前牽引車輪轉(zhuǎn)速與最大的車輪扭矩的乘積再加上用于對電池充電或放電的電池使用功率量，最大的車輪扭矩與最大的發(fā)動機扭矩相對應。在一些這樣的實施例中，所述控制器還被構(gòu)造為從查找表中獲得所述電池使用功率量。在其它這樣的實施例中，所述控制器還被構(gòu)造為將所述電池使用功率量削減為小于電池充電極限。
[0009]一種用于控制混合動力電動車輛的動力傳動系的方法，所述車輛包括驅(qū)動電動機、電池、發(fā)動機和車輛牽引車輪，所述方法包括:響應于驅(qū)動電動機不可用并且牽引車輪轉(zhuǎn)速高于閾值，改變發(fā)動機功率。改變發(fā)動機功率以將電池荷電狀態(tài)保持在期望的范圍內(nèi)。
[0010]在所述方法的一個實施例中，改變發(fā)動機功率以將電池荷電狀態(tài)保持在期望的范圍內(nèi)包括:計算中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速；為電池充電或放電增加預定的標量抵消值，以獲得目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速；并且命令發(fā)動機產(chǎn)生與目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)動機扭矩相對應的功率。在一個這樣的實施例中，與目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)動機扭矩相對應的功率等于當前牽引車輪轉(zhuǎn)速和最大車輪扭矩的乘積再加上用于對電池充電或放電的功率量，其中，最大車輪扭矩對應于最大發(fā)動機扭矩。所述功率量可以從查找表中獲得。所述功率量還可被削減為小于電池充電極限。在另一實施例中，所述方法還包括:響應于驅(qū)動電動機不可用并且牽引車輪轉(zhuǎn)速低于閾值，命令發(fā)動機產(chǎn)生等于當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機扭矩的乘積的發(fā)動機功率，以滿足駕駛員扭矩請求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是混合動力車輛動力傳動系的示意圖。
[0012]圖2a至圖2c是示出行星齒輪組的傳動元件之間的速度關(guān)系的水平圖(leverdiagram)。
[0013]圖3是示出用于控制混合動力電動車輛中的動力傳動系的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0014]在此描述了本公開的實施例。然而，應該理解，所公開的實施例僅僅是示例，其它實施例可采取多種和替換的形式。附圖并不一定按照比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細節(jié)不被解釋成限制，而僅僅作為用于教導本領(lǐng)域的技術(shù)人員以多種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解:參照任一附圖示出和描述的各種特征可以與在一個或更多個其它附圖中示出的特征結(jié)合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實施例。所示出的特征的結(jié)合為典型應用提供代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的各種結(jié)合和變型可被期望用于特定的應用或?qū)嵤┓绞健?br> [0015]參照圖1,混合動力電動車輛(HEV)包括動力分流式動力傳動系10，在動力傳動系10中，內(nèi)燃發(fā)動機12和高壓電池或者電力牽引電池14中的任何一個或兩個向車輛的車輪16提供牽引動力。電池14具有雙向電連接，從而電池14可接收和儲存例如通過再生制動產(chǎn)生的電能，并且電池14還將能量提供到牽引電動機/發(fā)電機或“電機”18。車輛系統(tǒng)控制器(VSC)和/或動力傳動系控制模塊(PCM) 20控制發(fā)動機12、電池14和電機18的操作。發(fā)動機12和電機18都能夠為傳動裝置22提供動力，傳動裝置22最終將扭矩傳遞到車輛的車輪16。
[0016]電池14可包括其自身指定的電池控制模塊(BCM)，BCM電連接到電池14，以控制電池14的操作。可選地，VSC/PCM20可直接控制電池14的操作?？纱嬖谄渌鼊恿刂颇K。應該理解的是，在本公開中，遍布在動力傳動系10中用于控制動力流動的VSC/PCM20、BCM以及其它控制模塊可以被共同稱為“控制器”。
[0017]在動力分流式動力傳動系10中，發(fā)動機12將動力傳遞至扭矩輸入軸26，扭矩輸入軸26通過單向離合器(未示出)連接至行星齒輪組28。行星齒輪組28包括齒圈齒輪30、太陽齒輪32及行星架組件34。扭矩輸入軸26可驅(qū)動地連接到行星架組件34，以向行星齒輪組28提供動力。太陽齒輪32可驅(qū)動地連接到發(fā)電機38。發(fā)電機38可通過離合器(未示出)選擇性地與太陽齒輪32接合，使得發(fā)電機38可與太陽齒輪32 —起旋轉(zhuǎn)，或者發(fā)電機38不與太陽齒輪32 —起旋轉(zhuǎn)。當單向離合器(未示出)將發(fā)動機12結(jié)合到行星齒輪組28時,發(fā)電機38作為針對于行星齒輪組28的操作的反作用元件(react1nary element)而產(chǎn)生能量。從發(fā)電機38產(chǎn)生的電能通過電連接40和高壓總線被傳遞至電池14。電池14還以已知的方式接收和儲存通過再生制動產(chǎn)生的電能。電池14將所儲存的電能供應到電機18,以用于操作。從發(fā)動機12傳遞到發(fā)電機38的動力中的一部分動力還可直接被傳遞到電機18。電池14、電機18和發(fā)電機38均通過電連接40以雙向電力流動路徑互相連接。
[0018]車輛可僅由發(fā)動機12提供動力，僅由電池14和電機18提供動力，或者由發(fā)動機12、電池14以及電機18的組合提供動力。在第一操作模式(“混合動力操作模式”、“混合動力推進模式”等)下，發(fā)動機12起作用，以通過行星齒輪組28傳遞扭矩。齒圈齒輪30將扭矩分配給包括多個嚙合的齒輪元件的有級速比齒輪42。扭矩從齒圈齒輪30經(jīng)過有級速比齒輪42被分配至扭矩輸出軸44。在第一操作模式下，電機18還可起作用以通過有級速比齒輪42傳遞扭矩以及將扭矩傳遞至扭矩輸出軸44來輔助發(fā)動機12推進車輛。
[0019]在第二操作模式(“純電力推進模式”、“EV模式”等)下，停用發(fā)動機12或者另外防止發(fā)動機12將扭矩分配給扭矩輸出軸44。在第二操作模式下，電池14為電機18提供電力，以通過有級速比齒輪42分配扭矩以及將扭矩分配給扭矩輸出軸44。
[0020]在第一操作模式和第二操作模式中的任何一個或者兩者下，VSC/PCM20控制發(fā)動機12、電池14、電機18以及發(fā)電機38，以將扭矩分配至扭矩輸出軸44。扭矩輸出軸44連接到差速器和半軸機構(gòu)46，差速器和半軸機構(gòu)46將扭矩分配給牽引車輪16。還設(shè)置了制動器48，并且可由VSC/PCM20或者另一控制器來控制制動器48。
[0021]應該理解的是，電機18和發(fā)電機38中的任何一個或者兩個均可以按照上面描述的方法分別產(chǎn)生電力或提供推進力。電機18和發(fā)電機38兩者均可以被互換地稱為電動機或發(fā)電機、或者寬泛地稱為電機。
[0022]對于控制總的車輪扭矩和電功耗來說，因為電機18與車輪16具有直接的機械連接，所以兩個電機中的電機18是最關(guān)鍵的。因此，如果電機18不可用，則動力傳動系10的性能會受到限制。如果內(nèi)燃發(fā)動機12和發(fā)電機38仍可用，則可能進行車輛操作。然而，電機18的缺失導致附加的挑戰(zhàn)(包括防止對電池14過充電)。
[0023]現(xiàn)在參照圖2a至圖2c，示出了行星齒輪組28的太陽齒輪、行星架和齒圈齒輪之間的速度關(guān)系的水平圖。行星齒輪組28在齒圈齒輪轉(zhuǎn)速54、行星架轉(zhuǎn)速52和太陽齒輪轉(zhuǎn)速50之間具有固定的線性關(guān)系。所述線性速度關(guān)系由行星齒輪比P表示，行星齒輪比P被定義為太陽齒輪的齒數(shù)除以齒圈齒輪的齒數(shù)。太陽齒輪連接到發(fā)電機38，因此，太陽齒輪轉(zhuǎn)速50可以被理解為等于發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω_。行星架連接到內(nèi)燃發(fā)動機12，因此，行星架轉(zhuǎn)速52可以被理解為等于發(fā)動機轉(zhuǎn)速coeng。齒圈齒輪通過傳動組件(gearing assembly)連接到輸出軸，因此，齒圈齒輪轉(zhuǎn)速54可以被理解為等于OJring，其中，?ring = CeoX ωου?, Ckq是傳動組件的齒輪比，ω-是輸出軸速度。
[0024]如圖2a中所示，在低的車輛車輪轉(zhuǎn)速(低ω_)下，齒圈齒輪轉(zhuǎn)速54低。發(fā)動機轉(zhuǎn)速具有最小的怠速閾值，低于所述怠速閾值發(fā)動機將不運轉(zhuǎn)，因此，當內(nèi)燃發(fā)動機12啟動時，行星架轉(zhuǎn)速52具有最小的正值。這樣，根據(jù)行星齒輪比P和齒輪比Clffl,在低的車輛速度下，太陽齒輪轉(zhuǎn)速50—定是正值。因此，在低的車輛速度下，將是正值，導致電池充電。
[0025]如圖2b和圖2c中所示，在較高的車輛車輪轉(zhuǎn)速下，可控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速以按照期望對電池充電或者放電。隨著車輪轉(zhuǎn)速增大，齒圈齒輪轉(zhuǎn)速54’增大至超過發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的速度。一旦齒圈齒輪轉(zhuǎn)速54’超過閾值，那么:如果期望對電池充電，則可增大發(fā)動機轉(zhuǎn)速；如果期望電池放電，則可減小發(fā)動機轉(zhuǎn)速。在圖2b中，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增大時，行星架轉(zhuǎn)速52’增大，并且根據(jù)行星齒輪比P，太陽齒輪轉(zhuǎn)速50’增大到正值，因此，是正值，導致對電池充電。在圖2c中，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速減小時，行星架轉(zhuǎn)速52"減小，并且根據(jù)行星齒輪比P，太陽齒輪轉(zhuǎn)速50"減小到負值，因此，是負值，使旋轉(zhuǎn)方向反向并導致電池放電。
[0026]當電動機不可用時，控制策略應該滿足在低的車輛速度下不一致的需求。所述策略應該限制電池充電幅值與持續(xù)時間，同時還提供最大量的車輪扭矩。
[0027]現(xiàn)在參照圖3，以流程圖的形式示出了用于控制混合動力電動車輛的策略。如框56所示，當驅(qū)動電動機不可用時，接收到駕駛員扭矩請求。接著，計算兩個潛在的發(fā)動機功率。
[0028]通過滿足駕駛員車輪扭矩請求所需的第一確定的發(fā)動機扭矩量計算第一發(fā)動機功率，如框58所示。這是通過利用齒輪比將駕駛員車輪扭矩請求轉(zhuǎn)換成發(fā)動機扭矩來執(zhí)行的。所述齒輪比可包括行星齒輪比P和齒輪比Cro。第一潛在的發(fā)動機功率等于所計算的發(fā)動機扭矩乘以當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速，如框60所示。
[0029]第二發(fā)動機功率選項基于當前電池荷電狀態(tài)通過第一計算的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速來確定，如框62所示。如果電池荷電狀態(tài)低,則目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速將會變得較高，以對電池充電；如果電池荷電狀態(tài)高，則目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速將會變得較低，以防止過充電。在一個實施例中，算法可計算“中性荷電”發(fā)動機轉(zhuǎn)速(“charge-neutral” engine speed),在中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，電池充電恰好由電損耗抵消。在該實施例中，從中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速起，充電發(fā)動機轉(zhuǎn)速和放電發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以以標量抵消。還可以使用確定目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速的其它方法，諸如包含基于電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速的查找表。然后，目標轉(zhuǎn)速下的最大的發(fā)動機扭矩被計算并利用行星齒輪比被轉(zhuǎn)換為車輪扭矩，如框64所示。接著，計算最大的車輪功率，最大的車輪功率等于最大的車輪扭矩與當前車輪轉(zhuǎn)速的乘積，如框66所示。第二功率選項等于最大的車輪功率加上可允許的電池使用量(allowable amount of batteryusage)，如框68所示。例如，電池使用的功率量可作為車輛速度的函數(shù)從查找表中獲得。電池功率量可被削減(clip)至比實際的電池功率極限與電損耗的總和小。這就防止了無意地對電池過充電。
[0030]在計算第一發(fā)動機功率選項和第二功率選項之后，命令發(fā)動機產(chǎn)生兩個功率選項中較小的功率，如框70所示。這一命令可視情況由VSC或者其它控制器發(fā)出。
[0031]使用上述方法，在沒有對車輛電池過充電的情況下，最大量的扭矩被施加到車輪。因此，可以以比在緩慢行進模式下可能的速度更大的速度來驅(qū)動其驅(qū)動電動機不可用時的混合動力車輛。
[0032]雖然上面已經(jīng)描述了示例性實施例，但是并非意指這些實施例包括本發(fā)明的所有可能的形式。另外，在說明書中使用的詞語是描述性的詞語，而非限制性的詞語，并且應該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種改變。另外，各種實現(xiàn)的實施例的特征可結(jié)合以形成本發(fā)明的進一步的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制混合動力電動車輛中的發(fā)動機的方法，包括: 響應于驅(qū)動電動機不可用，命令發(fā)動機功率等于第一功率和第二功率中較小的功率，第一功率用于滿足當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的駕駛員車輪扭矩請求，第二功率與在用于獲得期望的電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可用的最大發(fā)動機扭矩相對應。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一功率是發(fā)動機扭矩請求與當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速的乘積，其中，發(fā)動機扭矩請求等于駕駛員車輪扭矩請求與齒輪比的乘積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用于獲得期望的電池荷電狀態(tài)的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)速是計算的中性荷電發(fā)動機轉(zhuǎn)速和預定的標量抵消值的總和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二功率等于當前牽引車輪轉(zhuǎn)速與最大的車輪扭矩的乘積再加上用于對電池充電或放電的功率量，最大的車輪扭矩與最大的發(fā)動機扭矩相對應。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，從查找表中獲得所述功率量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，用于對電池充電或放電的功率量被削減為小于電池充電極限。
【文檔編號】B60W10/08GK104417526SQ201410396531
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】喬納森·安德魯·布徹, 鄺明朗, 保羅·斯蒂芬·布賴恩 申請人:福特全球技術(shù)公司